Проектирование участка волоконно-оптической линии передачи

Объектом курсовой работы является бюджет мощности волоконно-оптической линии передачи (ВОЛП), работающей по одномодовому ступенчатому оптическому волокну (ОВ) на одной оптической несущей, на регенерационном участке (РУ) без линейных оптических усилителей (ОУ) и компенсаторов дисперсии.Целью курсовой работы является определение длины регенерационного участка (РУ) для заданных параметров волоконно-оптической системы передачи (ВОСП), расчет зависимости бюджета мощности от скорости передачи информации в линии и определение максимально допустимой скорости передачи для данного РУ.ВведениеСистемы связи играют все большую роль в жизни людей, объединяя и сближая отдельные страны, континенты и объекты космоса. Последние годы отмечены не только интенсивным развитием проводных и опто-волоконных систем связи, но и заметным развитием систем радиосвязи. Помимо традиционных релейных и спутниковых систем радиосвязи быстро развиваются сети мобильных цифровых систем радиосвязи.Разработки систем связи последнего времени используют не только возможности современных технологий, но и достижения современной теории связи, позволяющей повысить не только объемы передаваемой информации, но и качество передачи сообщений (верность связи).Современная теория связи использует как детерминированные модели сигналов, так и вероятностные модели для передаваемых сообщений, соответствующих им сигналов и помех (шумов) в канале. Вероятностный подход учитывает случайный (для получателя) характер передачи сообщений и помех в канале и позволяет определить оптимальные приемные устройства (обеспечивающие максимально возможное качество) и предельные показатели систем передачи сообщений.В курсовой работе рассматриваются вопросы дискретизации непрерывного сообщения с последующей передачей его по каналу связи в котором действует помеха. Также рассматриваются характеристики и параметры канала связи, оценка помехоустойчивости и эффективности приема сигналов. В заключении приведен анализ упрощенной схемы системы электросвязи.2. Исходные данные2.1 Схема ВОСПОбобщенная структурная схема РУ волоконно-оптической системы передачи (ВОСП) без устройств компенсации и линейных усилителей представлена на рисунке 1. Рисунок 1 – Упрощённая структурная схема ВОСППриведен пример оптической системы передачи работающей на одной оптической несущей без чирпа (с внешним модулятором) и прямым детектированием. Передатчик ВОСП обеспечивает преобразование входного электрического цифрового или аналогового сигнала в выходной световой цифровой или аналоговый сигнал. Скорость передачи в линии современных систем синхронной цифровой иерархии составляет 2,5-10 Гбит/с и более. Соответственно длительность импульса источника оптического излучения не должна превышать 0,2-0,05 нс. Это требует применения когерентных источников излучения – лазерных диодов. В общем случае передатчик включает в себя лазерный диод (ЛД), модулятор (М) и кодер, на который поступает кодовая последовательность от цифровой системы передачи (ЦСП). Модулятор производит модуляцию генерируемой лазером оптической несущей. Кодер осуществляет преобразование кода ЦСП (аналогового сигнала) в линейный код оптической системы передачи.Приёмник ВОСП осуществляет обратное преобразование входных оптических импульсов в выходные импульсы электрического тока. Он включает в себя фотодиод (ФД), оптический усилитель (ОУ), фильтр нижних частот (ФНЧ) и декодер. Основным элементом является ФД. Применяются p-i-n или лавинные фотодиоды, имеющие очень малую инерционность. Оптический кросс служит для оперативного соединения и разъединения оптических волокон станционных и линейных оптических кабелей в процессе технической эксплуатации ВОЛП.2.2 Расчёт параметров ступенчатого оптического волокна.Исходными данными для решения поставленной задачи являются тип ОВ и параметры волоконно-оптической системы передачи (ВОСП), к которым относятся скорость передачи линейной кодовой последовательности, уровень мощности оптического излучения лазера, центральная длина волны и ширина линии излучения лазера, уровень чувствительности приемника, полоса пропускания приемника.Исходные данные к индивидуальному заданию определяются следующим образом. Заполняем таблицу 1.Таблица 1 – Параметры, определяемые по номеру зачётной книжкиНомер зачётной книжки873449Последняя цифра номера зачётной книжкиn9Предпоследняя цифра номера зачётной книжкиm4Число, составленное из двух последних цифр номера зачётной книжкиmn49Сумма всех цифр номера зачётной книжкиSum35Скорость передачи в оптической линии на первом этапе принимается равной B =155 Мбит/с, что соответствует STM-1 оптической системы передачи синхронной цифровой иерархии (SDH). Уровень мощности оптического излучения лазера:p0=6∙m10-1=2.4-1=1.4, дБмУровень чувствительности приемника:pR=-34+22∙n10=-34+19.8=-14.2, дБмЦентральная длина волны:λc=1260+415∙mn100=1260+415∙49100=1463.35, нмШирина линии излучения лазера:Δλ=2+s, (p0-pR)≤200,1∙2+s, (p0-pR)≥20s=1, Sum-чётное число-1, Sum-нечётное числоΔλ=2+s=1, нмТип одномодового ступенчатого оптического волокна выберем из волокон, данные которых представлены в Приложении 1 учебно-методического пособия. Результаты выбора занесём в таблицу 2.Таблица 2 – Параметры ступенчатого оптического волокнаНаименование параметраУсловное обозначениеЗначениеСкорость передачи в линииВ, Мбит/с155Уровень мощности оптического излучения лазераp0, дБм1.4Уровень чувствительности приёмникаpR, дБм-14.2Центральная длина волныλc, нм1463.35Ширина линии излучения лазераΔλ, нм1Марка ОВPure BandДанный оптический кабель был выбран по причине наименьшего значения максимальных потерь на километр.3. Расчет параметров передачи оптических волоконДля проведения дальнейших расчётов заполним таблицу технических характеристик выбранного кабеля. Данные занесём в таблицу 3. Таблица 3 – Технические характеристики ОВ кабеля марки Pure BandНаименование параметраУсловное обозначениеЗначениеОпорная длина волны спектрального диапазона ОλSO, нм1310Максимальное затухание на опорной длине волны спектрального диапазона ОαSO, дБ/км0.33Опорная длина волны спектрального диапазона Е (длина волны «водяного» пика)λSE, нм1383Максимальное затухание на длине волны «водяного» пика (опорной длине волны диапазона Е)αSE, дБ/км0.29Опорная длина волны спектрального диапазона СλSC, нм1550Максимальное затухание на опорной длине волны спектрального диапазона СαSC, дБ/км0.19Максимальный прирост затухания относительно опорной длины волны в рабочем диапазонеΔαλ, дБ/км0.03Длина волны нулевой дисперсииλ0, нм1310Параметр наклона спектральной характеристики дисперсии оптического волокна в точке нулевой дисперсииSO, пснм2∙км0.086Максимальное значение поляризационной модовой дисперсииPMD, пскм 0.13.1 Расчет коэффициента затухания оптического волокнаРасчет коэффициента затухания выполняется на центральной длине волны оптического канала. Предварительно определяют спектральный диапазон, в котором лежит центральная длина волны. Для расчета спектральной характеристики потерь оптического волокна следует воспользоваться приближенными формулами. Результирующий коэффициент затухания волокна: αмакс=αрр+αИКП+αОН,гдеαрр – составляющая потерь релеевского рассеяния,αИКП – составляющая потерь инфракрасного поглощения,αОН – составляющая, обусловленная примесями ОН.Составляющая потерь релеевского рассеяния на длине волны λ:αрр=1+δαрр∙αррαрр=6.3∙1011λ4Составляющая потерь инфракрасного поглощения на длине волны λ:αИКП=1+δαИКП∙αИКПαИКП=7.81∙1011∙e-4.85∙104λСоставляющая потерь, обусловленная примесями OH:αОН=αОН, αОН≤ αОН maxαОН max, αОН> αОН max ,где αОН max=αSE-αррλSE-αИКПλSE, αОН =7∙∆αОН49+(λ-λSE)2Теперь для каждой из длин волн рассчитаем вышеупомянутые параметры.λc=1463.35 нм:αррλc)=6.3∙1011λc4=0.137, дБ/кмαИКП λc=7.81∙1011∙e-4,85∙104λc=0.00315, дБ/кмλSO=1310 нм:αррλSO)=6.3∙1011λSO4=0.214, дБ/кмαИКП(λSO)=7.81∙1011∙e-4.85∙104λSO=6.513∙10-5, дБ/кмαОН maxλSO=αSO-αррλSO-αИКПλSO==0.33-0.214-6.513∙10-5=0.116∆αОН=αSO-αррλSO=0.116αОНλSO=7∙∆αОН49+(λ-λSO)2=4.64∙10-4Так как αОН maxλSO>αОНλSO, то αОНλSO=αОНλSO=4.64∙10-4λSE=1383 нм:αррλSE)=6.3∙1011λSE4=0.172, дБ/кмαИКП(λSE)=7.81∙1011∙e-4,85∙104λSE=4.597∙10-4, дБ/кмαОН maxλSE=αSE-αррλSE-αИКПλSE==0.29-0.172-4.597∙10-4=0.118∆αОН=αSE-αррλSE=0.118αОНλSE=7∙∆αОН49+(λ-λSE)2=7.84∙10-4Так как αОН maxλSE>αОНλSE, то αОНλSE=αОНλSE=7.84∙10-4λSC=1550 нм:αррλSC)=6.3∙1011λSC4=0.109, дБ/кмαИКП(λSC)=7.81∙1011∙e-4.85∙104λSC=0.02, дБ/кмαОН maxλSC=αSC-αррλSC-αИКПλSC=0.19-0.109-0.02=0.061∆αОН=αSC-αррλSC=0.081αОНλSC=7∙∆αОН49+(λ-λSC)2=1.43∙10-5Так как αОН maxλSC>αОНλSC, то αОНλSC=αОНλSC=1.43∙10-5Параметры ∆αОН, δαрр, δαИКП уточняются для каждого конкретного типа оптического волокна в зависимости от его технических данных а именно, значений максимальных потерь на опорных длинах волн в диапазонах О, С и на длине волны «водяного пика» диапазона Е. Расчеты выполняются в следующем порядке:∆αОН=αSE-αррλSE=0.29-0.172=0.118, дБ/кмδαрр=αSO-αОН(λSO)αрр-1=0.33-4.63∙10-40.214-1=0.543, дБ/кмδαИКП=αSC-αОНλSC-αрр(λSC)αИКП-1=0.19-1.43∙10-5-0.1090.02-1=3.05, дБ/кмСоставляющая потерь релеевского рассеяния:αИКП=1+δαИКП∙αИКПλSC=1+3.05∙0.02=0.081, Составляющая потерь инфракрасного поглощения:αрр=1+δαрр∙αррλSO=1+0.543∙0.214=0.33,Результирующий коэффициент затухания волокна:αмакс=αрр+αИКП+αОН=0.33+0.081+7.84∙10-4=0.41Рассчитанная рабочая длина волны λc=1463.35 нм попадает в коротковолновый “S” спектральный диапазон (1460 - 1530 нм).. Во всем спектральном диапазоне должно выполняться неравенство:αмакс<αSX+∆αλ=αSS+∆αλ=0.33+0.03=0.36,где αSX – коэффициент затухания оптического волокна на опорной длине волны, ближайшей к спектральному диапазону, в котором лежит центральная длина волны оптического канала, равный в данном случае αSS (соседний дипазон).Данное условие не выполняется, следовательно, результирующий коэффициент затухания:αмакс=αSS+∆αλ=0.36, дБ/кмСреднее значение коэффициента затухания оптического волокна:α=αмакс-0.016=0.36-0.016=0.344, дБ/км3.2 Расчет хроматической дисперсииПараметр хроматической дисперсии стандартного ступенчатого волокна пс/(нм · км) рассчитывается по формулеDОВλ=S04∙λ-λ04λ3=0.0864∙1463.35-131041463.353=11.26, пс/(нм · км);гдеλ0 – длина волны нулевой дисперсии, нм;λC – центральная длина волны, нм;S0 – параметр наклона спектральной характеристики дисперсии оптического волокна в точке нулевой дисперсии, пс/(нм2 · км).Рассчитаем спектральную характеристику параметра хроматической дисперсии оптического волокна для диапазона, соответствующего центральной длине волны оптического канала, и построим график зависимости. Результаты расчётов параметров на центральной длине волны занесём в таблицу 4.Таблица 4 – Результаты расчётов параметров на центральной длине волныПараметрУсловное обозначениеЗначениеМаксимальное значение затухания ОВ на центральной длине волныαмакс, дБ/км0.36Среднее значение затухания ОВ на центральной длине волныα, дБ/км0.344Хроматическая дисперсия ОВ на центральной длине волныDОВ, пс/(нм · км)11.263.3 Определение энергетического потенциала системыЭнергетический потенциал (перекрываемое затухание) – это допустимые оптические потери оптического тракта или ЭКУ между точками нормирования, при которых обеспечивается требуемое качество передачи цифрового оптического сигнала. Он рассчитывается как разность между уровнем мощности оптического излучения на передаче и уровнем чувствительности приемникаW=pпер-pпр=1.4--14.2=15.6, дБм;гдеW – энергетический потенциал (перекрываемое затухание), дБм;pпер – уровень мощности оптического излучения передатчика ВОСП, дБм;pпр – уровень чувствительности приёмника, дБм;Приемник ВОСП характеризуется как уровнем чувствительности, так и уровнем перегрузки. Разность между уровнем перегрузки и уровнем чувствительности приемника ВОСП определяет пределы регулировки АРУ системы ΔA . Типичное значение ΔA=20 дБм. Результат расчета энергетического потенциала и предполагаемое значение пределов регулировки АРУ внесём в таблицу 5.Таблица 5 – Результаты расчёта энергетического потенциала и предела регулировки АРУПараметрУсловное обозначениеЗначениеЭнергетический потенциалW, дБм15.6Пределы регулировки АРУΔA, дБм203.4 Оптические кроссы и параметры разъёмных соединенийПоскольку соединители должны вносить минимальные искажения в оптический тракт, то, в первую очередь, стараются минимизировать вносимые ими потери и неоднородности. Соответственно, к параметрам передачи оптических разъемов относят вносимые потери (затухание) и затухание отражения.Таблица 6 – Типичные характеристики оптических разъемовПараметрУсловное обозначениеТипЗначениеМаксимальное значение потерь в разъёмном соединенииA1,PC, дБFC/PC, SC/PC0.4FC/АPC, SC/APC0.5Максимальное значение коэффициента отраженийAОТР, дБFC/PC, SC/PC40FC/АPC, SC/APC58Максимальное число соединенийFC SC10003.5 Нормы приемо-сдаточных измерений ЭКУПотери на ЭКУ ВОЛП нормируются таким образом, чтобы разность между энергетическим потенциалом ВОСП и суммарными потерями оптической мощности на ЭКУ совместно со станционными кабелями, которые включают и дополнительные потери, обусловленные влиянием отражений, дисперсии (хроматической и поляризационной модовой), модовых шумов и чирп-эффекта, была не менее допустимого эксплуатационного запаса. Эксплуатационный запас на ЭКУ определяется как сумма эксплуатационного запаса на аппаратуру и эксплуатационного запаса на кабель. Нормы на эксплуатационный запас приведены в таблице 7. Таблица 7 – Нормы на эксплуатационный запасПараметрУсловное обозначениеЗначениеЭксплуатационный запас аппаратурыAЭЗА, дБ3Эксплуатационный запас кабеляAЭЗК, дБ3Максимальная погрешность измерения затухания на ЭКУδα, %5Абсолютное значение максимальной погрешности измерения затухания на ЭКУ:∆α=δα∙AЭКУ/100, дБ;где AЭКУ – суммарные измеряемые потери оптического линейного тракта на ЭКУ. Поскольку для нормальной работы ВОЛП необходимо, чтобы выполнялось условие AЭКУAЭЗдоп. Это условие баланса бюджета мощности на ЭКУ. Максимальное значение затухания ЭКУ совместно со станционными кабелями (патчкордами) рассчитывается следующим образом:AЭКУ=αмакс∙LНОМ+NНС∙AНС макс+AРС,гдеNНС – число неразъемных соединений ОВ на ЭКУ.Количество неразъемных соединений на ЭКУ:NНС=LМАКСl+1=22.74+1=6.675Так как число неразъёмных соединений – целое число, то NНС=7.Суммарное значение дополнительных потерь:αшi=αRIN+αε+αISI,гдеαRIN – дополнительные потери за счет собственных шумов лазера.αε – излучение оптической мощности при передаче «нуля».αISI – шумы межсимвольной интерференции.Дополнительные потери за счет собственных шумов лазера:αRIN=10∙lg11-Q∙σRIN2,гдеσRIN – параметр собственных шумов источника RIN. Диапазон составляет -120>RIN>-140 дБм, поэтому RIN=-121.Параметр собственных шумов источника RIN:σRIN=4∙BWR∙10RIN10=4∙5∙109∙10-12110=0.016Параметр Q определяется в зависимости от заданного максимально допустимого коэффициента ошибок BER из уравненияBER=1Q∙2∙π∙e-Q22,Результаты решения вышеуказанного уравнения приведены в таблице 12. Таблица 12 – Результаты решения уравненияBER10-910-1010-1110-12Q5.996.636.717.04Так как нужно определить максимальные возможности ВОЛС, то допустимый коэффициент ошибок возьмём BER=10-12. Тогда параметр Q=7.04. Рассчитаем дополнительные потери за счет собственных шумов лазера:αRIN=10∙lg11-Q∙σRIN2=10∙lg11-7.04∙0.0162=0.028Дополнительные потери за счет шумов из-за излучения оптической мощности при передаче «нуля»:αε=10∙lgε+1ε-1,гдеε – отношение мощности оптического излучения источника при передаче «нуля» к мощности оптического излучения при передаче «единицы». Диапазон составляет 0.01<ε <0.1, поэтому ε=0.05.Рассчитаем параметр αε:αε=10∙lgε+1ε-1=10∙lg0.05+10.05-1=0.435+13.64i, дБТак как получили комплексное число, возьмём только действительную часть этого числа. То есть αε=0.435.Рассчитаем параметр αшi:αшi=αRIN+αε+αISI=0.028+0.435+2.192=2.655Рассчитаем параметр AЭКУ:AЭКУ=αмакс∙LНОМ+NНС∙AНС макс+AРС==0.36∙22.13+7∙0.1+0.4=9.07Рассчитаем параметр AЭЗAЭЗ=W-AЭКУ-αшi=15.6-9.07-2.655=3.875Результаты расчётов занесём в таблицу 13.Таблица 13 – Результаты расчёта бюджета мощности ЭКУ ВОЛППараметрУсловноеобозначениеЗначениеЭнергетический потенциалW, дБ15.6Затухание ЭКУ совместно со станционными кабелямиAЭКУ, дБ9.07Дополнительные потери из-за шумов межсимвольной интерференцииαISI, дБ2.192Среднеквадратическое значение дисперсии на участкеσЭКУ, пс227.05Параметр качестваQ7.04Отношение оптических мощностей при передаче «нуля» и «единицы»ε0.05Дополнительные потери за счет шумов из-за излучения оптической мощности при передаче «нуля»αε, дБ0.435Параметр собственных шумов лазераRIN-121Полоса пропускания фотоприемникаBWR, МГц5000Параметр собственных шумов лазераσRIN0.016Дополнительные потери из-за собственных шумов лазераαRIN, дБ0.028Суммарное значение дополнительных потерьαшi, дБ2.655Чистый бюджет мощностиAЭЗ, дБ3.875Требуемый эксплуатационный запасAЭЗдоп, дБ6Условие баланса бюджета мощности должно выполняться: условие AЭЗ>AЭЗдоп. Из расчётов видно, что это условие не выполняется. Чтобы добиться выполнения данного условия или приблизиться к нему, нужно попробовать использовать некоторые из предложенных вариантов решения проблемы:так как многокилометровая ВОЛС не может обойтись без оптических усилителей и регенераторов оптического сигнала, стоит увеличить их число. Это приведёт к улучшению качества принятого сигнала, но негативно скажется на стоимости данного участка ВОЛС, а также возрастут общие потери на оптических разъёмах.увеличить энергию сигнала на передаче – поставить более мощный источник сигнала. Увеличение мощности источника сигнала неизбежно приведёт к увеличению энергопотребления.увеличить чувствительность приёмника. К сожалению, это может привести к ложным срабатываниям приёмника и, следовательно, к искажению передаваемой информации.3.9 Определение максимально допустимой скорости передачи на ЭКУРассчитаем дополнительные потери и чистый бюджет мощности (прогнозируемый эксплуатационный запас) для номинальной длины ЭКУ в зависимости от скорости передачи линейной кодовой последовательности, увеличивая скорость передачи с кратностью равной четырем. По результатам расчетов заполним таблицу 14.Таблица 14 – Результаты расчётов при изменении скорости передачиКратность1416642561024B, Гбит/с0.1550.6222.51040160αISI, дБ2.1922.364.4069.7494.7383.956αRIN, дБ0.0280.0280.0280.0280.0280.028AЭЗ, дБ3.8753.7071.661-3.8621.3292.111Нормируемый эксплуатационный запас на ЭКУ AЭЗ=6 дБКак видно из таблицы 14, при увеличении скорости передачи данных в 64 раза чистый бюджет мощности оптоволокна показывает отрицательное значение. Последнее положительное значение этого параметра в таблице определяется при увеличении исходной скорости в 16 раз. Это значение меньше нормированного эксплуатационного запаса на ЭКУ. Получается, что условие баланса бюджета мощности не выполняется. Следовательно, максимально допустимая скорость для этого оптоволоконного кабеля составляет 2.5 Гбит/с.3.10 Расчёт глаз-диаграммыГлаз-диаграмма представляет собой результат многократного наложения битовых последовательностей с выхода генератора псевдослучайной последовательности (ПСП), отображаемый на экране осциллографа в виде диаграммы распределения амплитуды сигнала по времени.Для дальнейших расчётов выпишем в таблицу 15 данные, которые были рассчитаны ранее.Таблица 15 – Начальные параметры, необходимые для расчёта глаз-диаграммыПараметрУсловноеобозначениеЗначениеУровень оптической мощности на выходе источника оптического излученияp0, дБ1.4Уровень чувствительности фотоприёмникаpR, дБ-14.2Номинальное значение параметра QQном7.04Количество символов в битовой последовательностиNсимв3Затухание ЭКУ совместно со станционными кабелямиAЭКУ, дБ9.07Суммарное значение дополнительных потерьαшi, дБ2.655Время нарастания фронта оптического импульса на выходе оптического приемникаTL, пс3098Скорость передачи сигнала в линииBL, Мбит/с155Уровень мощности оптического сигнала на входе фотоприемника ОСП:pL=p0-AЭКУ-αш=1.4-9.07-2.655=-10.325, дБ;Мощность оптического сигнала, приведенная к входу фотоприемника ОСП:PL=100.1∙pL=0.093, мВт;Для расчета помехозащищённости канала ЦСП необходимо также оценить мощность шума фотоприемника Pnoise. На практике фотоприёмные устройства высокоскоростных ОСП проектируются таким образом, чтобы логарифм отношения полосы пропускания электрического фильтра к полосе пропускания оптического фильтра составлял не менее 2 дБ. В этом случае выполняется следующее условие по отношению сигнал/шум:OSNR=20∙lgQном+2=20∙lg7.04+2=18.95, дБ;гдеOSNR – оптическое отношение сигнал/шум,Qном – номинальное значение Q-фактора, соответствующее нормированному коэффициенту ошибок BERном.Так как уровень чувствительности фотоприемника ОСП – минимальное значение уровня мощности оптического излучения в точке нормирования оптического тракта на приеме, при которых обеспечивается требуемое качество передачи цифрового оптического сигнала, то уровень мощности шума фотоприёмника pnoise будет равен:pnoise=pR-20∙lgQном-2=-14.2-20lg7.04-2=-33.15, дБм;Чувствительность фотоприемника:PR=100.1∙pR=0.038, мВт;Мощность шума:Pnoise=100,1∙pnoise=4.84∙10-4, мВт;Построение глаз-диаграммы осуществляется путем наложения отклика системы в предположении гауссовой формы импульса на передачу «изолированного» логического «0» в последовательности логических «1» (например, комбинация 101 – при 3-х символьной последовательности).Pout"0"t=PL∙1-12∙erft+TsL∙2+12∙erftsL∙2,и отклика системы на передачу «изолированной» логической «1» в последовательности логических «0» (например, комбинация 010 – при 3-х символьной последовательности)Pout"1"t=PL∙12∙erft+TsL∙2-12∙erftsL∙2,гдеsL – среднеквадратическая длительность гауссова импульса на выходе фотоприемника ОСП.Cреднеквадратическая длительность гауссова импульса на выходе фотоприемника ОСП:sL=TL2.563=3098∙10-122.563=1.21∙10-9, с;Интервал передачи битовой последовательности:T=Nсимв∙τ0,5,гдеNсимв – количество символов битовой последовательности,τ0.5 – длительность импульса на уровне 0.5 от его максимума на выходе источника оптического излучения.Длительность импульса на уровне 0.5 от его максимума на выходе источника оптического излучения:τ0,5=1BL=1155∙106=6.45∙10-9, с;Рассчитаем параметр T:T=Nсимв∙τ0,5=3∙6.45∙10-9=19.35∙10-9, с;Построим глаз-диаграмму в диапазоне (-2T;2T). На диаграмме укажем мощность шума фотоприемника, а также, по возможности, чувствительность фотоприемника (если мощность сигнала на выходе фотоприемника PL и чувствительность фотоприемника PR одного порядка). Для упрощения построения преобразуем формулы ( ) и ( ):Pout"0"t=PL∙1-12∙2π∙0t+TsL∙2e-t2dt+12∙2π∙0tsL∙2e-t2dt;Pout"1"t=PL∙12∙2π∙0t+TsL∙2e-t2dt-12∙e2π∙0tsL∙2e-t2dt;Точка максимального раскрыва глаз-диаграммы:τopen=ln1eT2sout2∙sL2T=ln1e19.35∙10-921.2110-92∙1.21∙10-9219.35∙10-9=-9.68∙10-9, c;Рассчитаем границы раскрыва глаз-диаграммы (зоны принятия решения), соответствующие минимальной зарегистрированной мощности при передаче логической «1» P1min и максимальной зарегистрированной мощности при передаче логического «0» P0max:P1min=Pout"1"τopen = 0.093, мВт;P0max=Pout"0"τopen=1.19∙10-16, мВт;Фундаментальным показателем качества цифровых систем передачи является коэффициент ошибок BER. Работа цифровых систем передачи считается нормальной только в том случае, если BER не превышает определенное допустимое значение, соответствующее используемому сетевому стандарту.Известна методика оценки коэффициента ошибок BER на основе определения Q-фактора. Q-фактор - это параметр, который непосредственно отражает качество сигнала цифровой СП. Существует определенная функциональная зависимость Q-фактора сигнала и измеряемого коэффициента ошибок BER. Q-фактор определяется путем статистической обработки результатов измерения амплитуды и фазы сигнала на электрической уровне непосредственно по глаз-диаграмме. При этом выполняется построение функции распределения состояний «1» и «0», а для этих распределений, в предположении их Гауссовой формы, оцениваются математические ожидания состояний E1 и E0 и их среднеквадратические отклонения σ1 и σ0 (рисунок 4).Рисунок 4 – Оценка Q-фактораИсходя из предположения гауссова распределения состояний логической «1» и логического «0», определите характеристики распределений состояний - математическое ожидание E1 и E0:E1=PL, &PL≥PRPR, &PLP0max, мВт;Так как E0>P0max, то σ0=E0-P0max3=4.84∙10-4-(1.19∙10-16)3=1.61·10-4, мВт;Рассчитаем Q-фактор:Qфактор=E1-E0σ1+σ0=0.093-4.84∙10-40+1.61·10-4=574.634,Рассчитаем коэффициент ошибок BER:BERрасч=12∙erfcQфактор2≈1Qфактор∙2∙e-Qфактор22=0Данная формула вычисления параметра BER эффективна в том случае, если выполняется неравенство:Qфактор2>3Так как Qфактор2=406.327>3, то условие выполняется, а это значит, что коэффициент BER рассчитан правильно.Так как коэффициент ошибок равен 0, то можно сделать вывод, что сигнал передаётся безошибочно и оптоволокно Pure Band можно применять в ВОЛП. Такая ситуация в реальной жизни исключена, поскольку невозможно передавать информацию на расстоянии без потерь. В таком случае оставляем значение коэффициента ошибок равным 10-12.Рассчитанные показатели качества канала исследуемой цифровой ОСП заданного стандарта занесём в таблицу 16.Таблица 16 – Показатели качества канала исследуемой цифровой ОСП заданного стандарта№ ппПараметрЕдиница измеренияЗначение1τopenнс-9.682P1minмВт0.0933P0maxмВт1.19·10-164E1мВт0.0935E0мВт4.84·10-46σ1мВт07σ0мВт1.61·10-48Qфактор574.6349BERрасч010BERном10-12ЗаключениеДля выполнения данной работы по расчёту ВОЛС было выбрано оптоволокно марки Pure Band фирмы Sumitomo Electric. Среди представленных вариантов оптоволокна данный кабель отличался самыми низкими показателями затухания сигнала на расстоянии. К сожалению, условие баланса бюджета мощности не было выполнено. Так как оптоволокно было подобрано таким образом, чтобы минимизировать затухание в линии связи, то в таком случае стоит обратить внимание на источник и приёмник сигнала. С этой целью стоит заменить фотоприёмник на более чувствительный или увеличить мощность источника сигнала.Библиографический списокОнучин, А.Н. Цифровые системы передачи и направляющие среды : учебно-методическое пособие для студентов направления 210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» всех профилей подготовки, всех форм обучения .А.Н.Онучин. – Киров: ПРИП ФГБОУ ВПО «ВятГУ», 2013. – 24 с.